(57)【要約】【課題】  有機物の分解率を上げると共に、安定したメタン発酵処理が行える有機性廃棄物及び／又は有機性廃水のメタン発酵処理方法と装置を提供する。【解決手段】  通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の被処理物をメタン発酵処理する方法において、該被処理物を、物理化学的な前処理４を行った後、前処理を行わない被処理物の一部１’と混合し、メタン発酵５を行うこととしたものであり、また、物理化学的な前処理の後に、酸発酵処理を行ってからメタン発酵処理を行ってもよく、その際、前記被処理物の一部を、前記酸発酵処理、又は、酸発酵処理とメタン発酵処理のそれぞれに混合して処理することもでき、前記物理化学的な前処理は、熱処理、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理又は化学薬品処理から選ばれる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を、物理化学的な前処理を行った後、前処理を行わない有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部と混合し、メタン発酵を行うことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を、物理化学的な前処理、酸発酵処理及びメタン発酵処理で順次処理するに際し、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部を、前記酸発酵処理、又は、酸発酵処理とメタン発酵処理のそれぞれに混合して処理することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記物理化学的な前処理が、熱処理、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理又は化学薬品処理から選ばれた一種類以上の処理であることを特徴とする請求項１又は２記載のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を処理する物理化学的な前処理装置とメタン発酵槽とを有し、それらを経路で接続すると共に、前記前処理装置とメタン発酵槽のそれぞれに、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を導入する手段を備えることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項５】
通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を処理する物理化学的な前処理装置と酸発酵槽とメタン発酵槽とを有し、それらを順次経路で接続すると共に、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を導入する手段を、前記前処理装置と酸発酵槽、又は、前記前処理装置と酸発酵槽とメタン発酵槽のそれぞれに備えることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵処理に係り、特に、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、生ごみ又は食品工場の有機性廃棄物や有機性廃水等を対象としたメタン発酵処理方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、有機資源の再利用の必要性が高くなっている中、前記分野における高濃度に排出される有機性排水や有機性廃棄物等は、エネルギ−回収を目的としてメタン発酵処理することが多くなってきている。
メタン発酵処理においては、固形物分解率、メタンガス発生量を増加するために、メタン発酵処理の前段で酸発酵処理などの前処理が行われている。例えば、蛋白質を多く含んだ活性汚泥の余剰汚泥は、高温微好気槽にて可溶化・酸発酵後にメタン発酵処理している（特開平８-２２９５９５号公報）。また、余剰汚泥を熱、超音波、溶菌酵素等により可溶化・酸発酵処理した後、厨芥と混合しメタン発酵する例もある（特開２０００-５７９７号公報）。
【０００３】
図４は、従来の通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物や有機性廃水を、前処理後にメタン発酵処理を行うフロー構成図である。有機性廃棄物や有機性廃水１は、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理、化学薬品（アルカリ、酸）処理等の物理化学的処理による前処理設備４により可溶化され、前処理水２はメタン発酵槽５にてメタン発酵処理され、メタン発酵処理水３を得る。
メタン発酵の前段で、熱処理、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理、化学薬品（アルカリ、酸）処理等の物理化学的前処理を行うと、有機性廃棄物や有機性廃水中の固形物は、可溶化してメタン発酵し易くなる反面、有機性廃棄物や有機性廃水中に含まれる通性嫌気性菌及び嫌気性菌は死滅し、酸発酵やメタン発酵処理に関与できなくなる。このため、一過性のメタン発酵処理では、メタン発酵槽の滞留日数を短くした場合、処理が不安定になりやすかった。
【特許文献１】特開平８−２２９５９５号公報
【特許文献２】特開２０００-５７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記の従来技術の問題点を改善し、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水のメタン発酵処理において、有機物の分解率を上げると共に、安定したメタン発酵処理が行える処理方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を、物理化学的な前処理を行った後、前処理を行わない有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部と混合し、メタン発酵を行うことを特徴とするメタン発酵処理方法、又は、通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を、物理化学的な前処理、酸発酵処理及びメタン発酵処理で順次処理するに際し、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部を、前記酸発酵処理、又は、酸発酵処理とメタン発酵処理のそれぞれに混合して処理することを特徴とするメタン発酵処理方法としたものである。
【０００６】
また、本発明では、通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を処理する物理化学的な前処理装置とメタン発酵槽とを有し、それらを経路で接続すると共に、前記前処理装置とメタン発酵槽のそれぞれに、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を導入する手段を備えることを特徴とするメタン発酵処理装置、又は、通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を処理する物理化学的な前処理装置と酸発酵槽とメタン発酵槽とを有し、それらを順次経路で接続すると共に、前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を導入する手段を、前記前処理装置と酸発酵槽、又は、前記前処理装置と酸発酵槽とメタン発酵槽のそれぞれに備えることを特徴とするメタン発酵処理装置としたものである。
本発明において、物理化学的な前処理としては、熱処理、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理又は化学薬品（アルカリ、酸）処理から選ばれた一種類以上の処理を用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、通性嫌気性菌及び嫌気性菌を含む有機性廃棄物及び／又は有機性廃水のメタン発酵処理において、該有機性廃棄物及び／又は有機性廃水を 前処理後、前処理を行わない有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部を混合後、メタン発酵処理を行うことにより、メタン発酵槽の滞留日数を大幅に短くできる。すなわち、メタン発酵槽の容量を小さくでき、安定したメタン発酵処理を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明のメタン発酵装置を示すフロー構成図である。ここでの前処理法は、熱処理に限定して説明する。図１は、原水の一部をメタン発酵槽に分注する場合である。牛糞尿、豚糞尿など嫌気性菌の含まれる有機性廃棄物を９０℃以上で熱処理すると、固形性有機物は可溶化すると共に、嫌気性菌の一部は死滅する。熱処理温度がさらに高くなると、固形性有機物の可溶化の割合は高くなり、嫌気性菌はすべて死滅する。例えば、熱処理の最適温度１５０〜１８０℃、反応時間３０分で処理すると、嫌気性菌はすべて死滅する。このような状態の前処理水をメタン発酵処理すると、３５℃の中温メタン発酵では、滞留日数２０〜３０日で、前処理を行わない場合の１.２〜１.４倍のメタンガスを生成すると共に、同様の有機物分解率が期待できる。その際、本発明に従って、前処理を行わない有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の一部をメタン発酵槽に分注すれば、ガス発生量、有機物分解率は全量前処理したものと同一であるが、原料中の嫌気性菌がメタン発酵槽に流入し、嫌気性菌の増殖があるため、メタン発酵槽の滞留日数を１５〜２０日に短縮できる。
分注量は、原水量の１/３〜１/１０、好ましくは１/４〜１/６程度で良い。原料中の嫌気性菌、特にメタン菌の割合が高い場合は分注量を少なくできる。
【０００９】
図３は、原水の一部を酸発酵槽に分注する場合である。活性汚泥の余剰汚泥のように通性嫌気性菌の含まれる有機性廃棄物を、１５０℃、３０分の熱処理を行うと、余剰汚泥中の有機物は可溶化すると共に通性嫌気性菌はすべて死滅する。原水の一部１’を前処理設備４に送らず酸発酵槽６に送り、前処理水２と共に酸発酵槽６に送る。酸発酵槽６では、６０〜８０℃の微好気状態で、滞留日数は０.５日〜３日、好ましくは１日前後に維持することで、酢酸を主体とした有機酸生成を行う。次に、酸発酵処理水７はメタン発酵槽５で処理される。原水の分注を行わない場合は、酸発酵槽の滞留時間は２日〜４日程度必要になり、かつ酸発酵処理での有機酸生成が不安定になるため、メタン発酵処理でのメタンガス生成量に影響を及ぼす。分注量は、原水量の１/２〜１/５、好ましくは１/３〜１/５程度で良い。活性汚泥中の菌体由来の窒素含有率が高い場合は、分注量を少なくできる。
【００１０】
図４は、原水の分注を酸発酵槽、メタン発酵槽の両者において行う場合である。複数の有機性廃棄物の混合嫌気性処理を行う場合である。例えば、牛糞、豚糞等の畜産有機性廃棄物と下水処理場の余剰汚泥を、メタン発酵処理する場合等に適用する。牛糞、豚糞等の畜産有機性廃棄物は、大部分前処理設備４（ここでは熱処理）に送り、前処理を行い、前処理液２と余剰汚泥１’は酸発酵槽６に送られ、酸発酵処理される。次に、牛糞、豚糞等の畜産有機性廃棄物の一部１”と酸発酵処理液７は、メタン発酵槽５でメタン発酵処理される。
本例では、酸発酵槽で余剰汚泥中の酸生成菌（微好気状態で高温発酵する微生物を含む）により、余剰汚泥と牛糞尿の熱処理液を効率的に酸発酵処理できる。また、牛糞尿の一部と酸発酵処理液をメタン発酵槽に供給することで、牛糞尿中に含まれるメタン菌がメタン発酵槽で増殖するため、安定したメタン発酵処理が可能となる。
【００１１】
メタン発酵の前処理は、ここで示した熱処理以外に、超音波処理、機械的粉砕処理、オゾン処理、化学薬品（アルカリ、酸）処理等の物理化学的処理が適用できる。
他の前処理での通性嫌気性菌及び嫌気性菌の死滅条件は、超音波処理では、処理液あたりの超音波強度５００〜７００ｋＪ／Ｌ以上、オゾン処理では、オゾン注入率７０〜１００ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳ以上、化学薬品アルカリ剤ＮａＯＨでｐＨ９〜１０以上、化学薬品酸ＨＣＬでｐＨ３〜４以下の条件になるように添加した場合である。
また、本発明の実施にあたり、メタン発酵槽５での発酵処理は、環境温度３０〜３５℃を至適温度とする嫌気性菌を使用する中温メタン発酵処理、及び環境温度５０〜５５℃を至適温度とする嫌気性菌を使用する高温メタン発酵処理が使用でき、その反応温度も適宜選択することができる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
牛糞尿をスクリュ−プレスした搾汁液を原水とし、原水を熱処理（１８０℃、３０分）した後メタン発酵処理した場合（従来法）と、原水の１０％をメタン発酵槽に分注した場合（本発明）について比較実験を行った。
表１に、原水（牛糞搾汁液）と熱処理水の性状を示す。
【００１３】
【表１】
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メタン発酵槽は、有効容量５Ｌのものを使用し、中温メタン発酵処理の比較実験を３ヶ月間行った。結果を表２示す。
【００１４】
【表２】
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従来法では、滞留日数が短くなると、ＣＯＤｃｒ分解率は５０％から３０％まで極端に低下した。一方、本発明では、滞留日数１５日にしても、ＣＯＤｃｒ分解率は５０％から４５％とわずか低下した程度であった。また、滞留日数１５日では、従来法ではメタン発酵槽で酢酸、プロピオン酸等の有機酸が蓄積することが多く、不安定なメタン発酵処理となった。
【００１５】
実施例２
し尿処理の活性汚泥の余剰汚泥を原水とし、原水を熱処理（１８０℃、３０分）した後、メタン発酵処理した場合（従来法）と、原水の３０％をメタン発酵槽に分注した場合（本発明）について比較実験を行った。
表３に原水（活性汚泥の余剰汚泥）と熱処理水の性状を示す。
【００１６】
【表３】
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メタン発酵槽は、有効容量５Ｌのものを使用し、高温メタン発酵処理の比較実験を３ヶ月間行った。結果を表４示す。
【００１７】
【表４】
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従来法では、滞留日数が短くなると、ＣＯＤｃｒ分解率は４０％から２０％まで極端に低下した。一方、本発明では、滞留日数１０日にしても、ＣＯＤｃｒ分解率は４０％から３５％とわずか低下した程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明のメタン発酵処理装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明のメタン発酵処理装置の他の例を示すフロー構成図。
【図４】従来のメタン発酵処理装置を示すフロー構成図。
【符号の説明】
【００１９】
１：原水、1’：原水分注、1”：原水分注、２：前処理水、３：メタン発酵処理水、４：前処理設備、５：メタン発酵槽、６：酸発酵槽、７：酸発酵処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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